سقوط به درون زمین چند دقیقه طول می‌کشد؟

براساس گزارش لایو‌ساینس، این سناریویی است که معمولا در کلاس‌های فیزیک مطرح می‌شود: تونل گرانشی، حفره‌ای که از یک سوی زمین حفاری شده و از مرکز سیاره گذشته و به سوی دیگر زمین ختم می‌شود. پرسش اینجاست که چه مدت زمانی برای سقوط در میان این حفره نیاز است و پاسخ این پرسش برای بیش از نیم قرن ۴۲ دقیقه و ۱۲ ثانیه بوده‌است.

راه‌حل این معما با قدرت کشش گرانشی زمین ارتباط مستقیم دارد و قدرت کشش گرانشی سیاره نیز با جرم آن در ارتباط است. زمانی که فردی به درون چنین حفره‌ای سقوط کند،‌ با گذشت زمان و با نزدیک‌شدن فرد به مرکز زمین، جرم او کاهش یافته و در نتیجه میزان کشش گرانشی روی بدن وی کاسته خواهد‌شد.

بدون درنظر گرفتن مقاومت هوا، تکانه ناشی از سقوط می‌تواند فرد را در تمامی طول مسیر به آن سوی حفره به پایین بکشاند. فردی که تن به چنین آزمایشی می‌دهد، باید پس از خروج به سرعت خود را به بیرون از حفره پرتاب کند در غیر این‌صورت دوباره به درون آن سقوط کرده و برای همیشه در این تونل گرانشی نوسان پیدا خواهد‌کرد.

به گفته الکساندر کولتز فیزیکدان دانشگاه مک‌گیل، می‌توان این رویداد را به سرسره‌ای آبی تشبیه‌کرد که سر خوردن از روی آن به ۴۰ دقیقه زمان نیاز دارد و فرد به سرعت هشت کیلومتر بر ثانیه دست خواهد‌یافت. در میانه این راه نیروی گرانش تغییر جهت داده و فرد وارونه خواهد‌شد.

از زمانی که این محاسبات اولین بار در سال ۱۹۶۶ انجام شد، دست‌کم یک فرضیه درست بودن آن را مورد تردید قرار داده‌است. صرف‌نظر از غیرممکن بودن حفر تونلی به طول ۱۲ هزار و ۷۴۲ کیلومتر در طول سیاره زمین، زمان عبور ۴۲ دقیقه‌ای از میان این تونل در شرایطی درست خواهد‌بود که جرم سیاره مانند یک تیله یکدست و یکپارچه باشد.

اکنون با استفاده از مدلی واقع‌گرایانه‌تر از زمین کلوتز دریافته‌است که سقوط در میان چنین تونلی ۳۸ دقیقه و ۱۱ ثانیه زمان خواهد‌برد، یعنی فرد نسبت به محاسبات پیشین چهار دقیقه سریعتر از میان این تونل عبور خواهد‌کرد. کلوتز محاسبات خود را بر اساس ساختار درونی سیاره که اطلاعات آن را از داده‌های لرزه‌شناسی به دست آمده‌اند، انجام داده‌است. اگرچه پوسته زمین از جرمی کمتر از سه گرم در سانتیمتر مکعب برخوردار است، مرکز زمین جرمی برابر ۱۳ گرم بر سانتیمتر مکعب دارد. جرم و تراکم زمین براساس روندی یکدست و منظم افزایش پیدا نمی‌کند، در مرز میان جبه و هسته خارجی،‌ جایی در عمق دو هزار و ۹۰۰ کیلومتری از سطح، جرم سیاره با افزایش شدید ۵۰ درصدی مواجه می‌شود.

فیزیکدانان اینطور درنظر گرفتند که درون این تونل هیچ مقاومت هوایی وجود ندارد زیرا به گفته کلوتز اگر تکنولوژی برای حفر چنین تونلی وجود داشته‌باشد، تکنولوژی لازم برای خارج کردن هوا از درون آن نیز وجود خواهد‌داشت.

کلوتز در نهایت شگفتی دریافت آنچه محاسبه کرده‌است با پاسخی که درصورت تصور یکپارچه بودن کشش گرانشی زمین در سرتاسر سیاره و سطح آن به دست می‌آمد، برابری می‌کند.  این فرضیه از آن رو درست است که گرانش زمین با نفوذ بیشتر به عمق سیاره ۱۰ درصد تغییر می‌کند، ابتدا شدید‌تر و سپس ضعیف‌تر می‌شود. از این رو زمانی که فردی در این تونل آغاز به سقوط کند، به مناطقی خواهد رسید که نیروی گرانش کاملا نسبت به سطح متفاوت خواهد بود از این رو می‌تواند با سرعت زیادی از این مناطق عبور کند.

نباید انتظار داشت کسی بتواند این محاسبات را به صورت حقیقی آزمایش کند. عمیق‌ترین تونلی که تاکنون انسان موفق به حفر آن در عمق زمین شده،‌۱۲ کیلومتر بوده است،‌تونلی که حفر آن توسط شوروی سابق از سال‌ ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۹ به طول انجامید و در نهایت تنها به ۰٫۱ درصد از کل عمق زمین دست‌یافت.

 

منبع : همشهری آنلاین